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Diese
Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Detektion von Fehlern
in einem selbsterregenden Sensor, wie zum Beispiel etwa einem optisch gekoppelten,
magnetisch gekoppelten oder schallgekoppelten Sensor.
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Selbsterregende
Sensoren werden in vielen Anwendungen verwendet. Selbsterregende
Sensoren erzeugen intern ein Erregungssignal, das von dem Sensor
selbst empfangen wird. Der Sensor mißt dann Schwankungen in dem
Erregungssignal, um bestimmte physikalische Parameter zu detektieren. Zum
Beispiel wird ein optisch gekoppelter Sensor bei der Detektion einer
relativen Stellung eines Kraftfahrzeug-Lenkrads eingesetzt.
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Manche
Kraftfahrzeuge beinhalten ein Regelsystem, um in Reaktion auf einen
aus der relativen Stellung berechneten Lenkwinkel eine gegebene
Regelung auszuführen.
Der typische Stellungssenor auf Basis einer Optik schließt einen
eine Lenksäule
konzentrisch umgebenden Erregerring ein. Im Einklang mit der Drehung
des Lenkrades werden optische Pulse erzeugt, wenn der Fahrer das
Lenkrad bedient. Eine Information über den Lenkwinkel des Fahrzeugs wird
mittels eines Zählers
erhalten, welcher auf den optischen Signalpulsen basierende Signalpulse zählt.
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Für den Fall
jedoch, daß in
dem Sensor selbst ein Fehler auftritt, ist es unmöglich eine
richtige Regelung in Reaktion auf den Lenkwinkel auszuführen. Typischerweise
ist ein Sensor an den Stellungssensor gekoppelt, um jegliche mit
dem Sensor selbst in Zusammenhang stehende Fehler zu detektieren. Es
ist jedoch wünschenswert
derartige Kosten und die mit einem zusätzlichen Sensor oder einer
zusätlichen
Eingabe in eine Regellogik in Zusammenhang stehende Unzuverlässigkeit
zu beseitigen, wenn ein mit dem Stellungssensor – oder irgend einem ähnlichen
selbsterregenden Sensor – in
Zusammenhang stehender Fehler detektiert wird. DE-4400437 offenbart
einen Halbleiter-Sensorapparat, welcher eine zwischen einem Ausgabeanschluß und einer
Stromquelle oder einem Masseanschluß des Halbleiter-Sensorapparats angeschlossen
Widerstand einschließt,
während
eine Ausgangsspannung erzeugt wird, die einem von dem Apparat gemessenen
physikalischen Parameter entspricht. Eine die Ausgabespannung begrenzende
Schaltung in dem Halbleiterapparat begrenzt während normalem Betrieb die Ausgabepannung
auf Werte zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze.
Ist mindestens einer von Stromquellenanschluß, Ausgabeanschluß oder Masseanschluß geöffnet, so
bringt die Begrenzerschaltung die Ausgabespannung dazu aus dem vorherbestimmten
Rahmen zu fallen. Somit kann die Trennung irgeneines von Stromquellenanschluß, Ausgabeanschluß und Masseanschluß aus der
Ausgabespannung detektiert werden.
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WO94/23303
offenbart eine Beurteilungsschaltung zur Detektion von Drehung oder
Stillstand eines Motors, und einen eine solche Beurteilungsschaltung
verwendenden Motorstillstand-Verifizierapparat.
Ein Signal von einem Drehungssensor, welcher die Drehung des Motors
detektiert, wird in die Beurteilungsschaltung eingegeben, und unter
Verwendung eines fehlersicheren Doppeleingabe-Fensterkomparators
wird eine Schwellenwertbeurteilung vorgenommen. Das heißt für jeden
Anschluß des Fensterkomparators
sind entsprechende Schwellenwertbereiche (Fenster) vorherbestimmt,
so daß der Pegel
der Signaleingabe zu jedem Anschluß in den Bereich des Fensters
fällt und
von dem Fensterkomparator ein Ausgabe-Logikwert von 1 erzeugt wird, wenn der
Motor angehalten wird und die Beurteilungsschaltung und der Sensor
normal arbeiten. Ist der Sensor der Beurteilungsschaltung fehlerhaft,
so kommt der Signalpegel eines der Eingangsanschlüsse außerhalb
des Fensterbereichs zu liegen; während
der Signalpegel des anderen Eingangsanschlusses außerhalb
des Fensterbereiches zu liegen kommt wenn der Motor dreht, so daß in beiden
Fällen ein
Ausgabe-Logikwert von 0 erzeugt wird. Der gestoppte Zustand des
Motors kann somit von einer Drehung unter Trägheit unterschieden werden,
was folglich eine verlässliche
Detektion ermöglicht.
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US-4414539
offenbart eine eingebaute Prüfausrüstung (BITE,
Built-In Test Equipement; eingebaute Prüfausrüstung) der elektrischen elektronischen
Systeme eines Luftfahrzeugs, welche zum Teil durch eine passive
Fehlerdetektionsschaltung bereitgestellt wird, die in den elektrischen
elektronischen Systemen für
die fortwährende Überwachung
von Kabeltauscheinheiten (LRUs, Line Replaceable Units; Kabeltauscheinheiten)
während
des Flugs, wie etwa Temperatur- und Drucksensoren. Sowohl dauerhafte
wie aussetzende Fehler der LRU-Bauteile werden detektiert, und die
Art und Lage jedes Fehlers werden identifiziert und in einem Speicher
für die
fortwährende
Anzeige oder den nachfolgenden Aufruf durch Bodenwartungstrupps
gespeichert. Das primäre
Merkmal der offenbarten Schaltung ist ihre Fähigkeit einen Fehler mit offener
Impedanz einer kritischen LRU-Komponenten und einen Fehler mit offener
Verkabelung in den Verbindungskabeln zu detektieren und zu unterscheiden,
die mit jeder Komponente in Zusammenhang steht und benötigt wird
um an entfernt montierten Sensorkomponenten entwickelte Signale
zu einer zentralen Regelung – gewöhnlich in
der Flugkabine angeordnet – zu übermitteln.
Um eine solche Differenzierung zwischen diesen beiden häufigsten
Fehlern möglich
zu machen, wird jede zu überwachende
Systemkomponente mit einem oder mehreren Parallelwiderständen bereitgestellt,
die vorherbestimmte Impedanzbeziehungen mit der zugehörigen Systemkomponente
besitzen, so daß ein
Fehler mit offener Komponente, wenn er durch die verbindende Verkabelung
hindurch detektiert wird – als
ein meßbar
anderer Zustand erscheint als ein offener Fehler der verbindenden
Verkabelung, welche zu dieser Komponente führt. Die Fähigkeit zwischen Fehlern mit
offenen Komponente und offener Verkabelung zu unterscheiden minimiert
die Häufigkeit,
mit welcher kritische Komponenten beinhaltende LRUs einfach ausgetauscht
werden, ohne die Fehlfunktion zu beheben.
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WO92/21985
offenbart eine Überwachungsschaltung
für einen
an eine Leitung mit niedrigem Potential und an eine Leitung mit
hohem Potential angeschlossenen Sensor, wie etwa ein Thermoelement; schließt einen
zwischen der Leitung mit hohem Potential und Masse angeschlossenen
Pulldown-Widerstand mit hohem Widerstand ein; eine an die Leitung mit
niedrigem Potential angeschlossene Versatz-Spannungsquelle, um eine
Versatzspannung zu liefern die höher
ist als eine minimale Transistor-Regelspannung; erste und zweite
Prüftransistoren,
die über
Widerstandsanordnungen an jeweilige der Leitungen angeschlossene
Regelelektroden aufweisen; und einen dritten Prüftransistor, der eine Regelelektrode
besitzt die an einen Ausgang eines P-Typ Kanal-FET angeschlossen
ist, der eine an eine der beiden Sensorleitungen angeschlossene
Regelelektrode besitzt. Ob der Arbeitszustand des Sensors normal
ist, einen Kurzschluß gegen
Masse oder die Versorgungsspannung oder eine Unterbrechung der Sensorleitungen
beinhaltet, wird durch Überwachung der
Schaltzustände
des ersten Prüftransistors
und einer Reihenschaltung des zweiten und dritten Prüftransistors
bestimmt.
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Im
Gegensatz zur vorliegenden Erfindung spricht keiner der obigen Verweise
das Problem an das Versagen in einem selbsterregenden Sensor zu detektieren,
der Sender- und Empfängerschaltungen umfaßt, von
denen jeder einen Fehler entwickeln kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und System bereit um
Fehler in selbsterregenden Sensoren zu detektieren, ohne zusätzliche
Eingaben zu der daran angeschlossenen Regellogik zu benötigen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Detektion von Fehlern in einem selbsterregenden Sensor bereitgestellt,
der eine Senderschaltung aufweist, um ein Erregungssignal zu senden;
und eine Empfängerschaltung,
um das Erregungssignal zu empfangen und ein entsprechendes Ausgabesignal
für den
Empfang durch eine Regellogik zu erzeugen; wobei das Verfahren die Überwachung
eines mit dem Sensor (10) in Zusammenhang stehenden Signals
umfaßt,
und Erzeugen eines entsprechenden Fehlersignals; und Erzeugen eines
ersten Ausgabesignals innerhalb eines gültigen Betriebsbereich in Abwesenheit
des Fehlersignals, und Erzeugen eines zweiten Ausgabesignals außerhalb
des gültigen
Betriebsbereichs in Reaktion auf das Fehlersignal; um so die Notwendigkeit
einer zusätzlichen
Eingabe zu der Regellogik zu beseitigen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Detektion
von Fehlern in einem selbsterregenden Sensor bereitgestellt, der
eine Senderschaltung aufweist um ein Erregungssignal zu senden;
und eine Empfängerschaltung,
um das Erregungssignal zu empfangen und ein entsprechendes Ausgabesignal
für den
Empfang durch eine Regellogik zu erzeugen; wobei das System eine
zur Überwachung
eines mit dem Sensor in Zusammenhang stehenden Signals und Erzeugung eines
entsprechenden Fehlersignals an den selbsterregenden Sensor gekoppelte Überwachungsschaltung
umfaßt;
und eine zur Erzeugung eines ersten Ausgabesignals innerhalb eines
gültigen
Betriebsbereichs in Abwesenheit des Fehlersignals an die Empfängerschaltung
gekoppelte Spannungsbegrenzerschaltung, wobei der gültige Bereich
eine erste untere Grenze und eine zweite untere Grenze aufweist, und
worin die Spannungsbegrenzungsschaltung (20) in Reaktion
auf das Fehlersignal weiterhin ein zweites Ausgabesignal außerhalb
des gültigen
Betriebsbereichs erzeugt, um so die Notwendigkeit einer zusätzlichen
Eingabe zu der Regellogik zu beseitigen.
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Die
Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
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1 ein
schematisches Diagramm der Überwachungsschaltung
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
schematisches Diagramm der Überwachungsschaltung
der vorliegenden Erfindung zum Gebrauch mit einem optisch gekoppelten, selbsterregenden
Sensor ist; und
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3 ein
Graph ist, der das von der Überwachungsschaltung
der vorliegenden Erfindung erzeugte Ausgabesignal veranschaulicht.
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Wendet
man sich nun 1 zu, so ist dort ein vereinfachtes
Blockdiagramm des Systems der vorliegenden Erfindung gezeigt – allgemein
durch Bezugsnummer 10 bezeichnet – das in einem selbsterregenden
Sensor – allgemein
durch Bezugsnummer 12 bezeichnet – beinhaltet ist. Der Sensor 12 schließt eine
Senderschaltung 14 ein, um ein Anregungssignal zu senden;
und eine Empfängerschaltung 16,
um das Erregungssignal zu empfangen und ein entsprechendes Ausgabesignal
zu empfangen, das für
einen von Sensor 12 detektierten physikalischen Parameter
bezeichnend ist. Die Senderschaltung 14 wird von einer
Spannungsquelle versorgt, z.B. VBat = 8,0 - 16 V Gleichstrom.
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Der
Sensor 12 schließt
außerdem
Ausgabeanschlüsse 18 ein,
um das Ausgabesignal auszugeben. Die Empfängerschaltung 16 wird
von einer separaten Stromquelle versorgt, welche in Spannungs-Begrenzerschaltung 20 beinhaltet
sein kann, um das Ausgabesignal an den Ausgabanschlüssen 18 zu
erzeugen.
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Das
System 10 schließt
eine erste Überwachungsschaltung 22 und
eine zweite Überwachungsschaltung 24 ein,
ebenso wie eine Spannungs-Begrenzerschaltung 20. Die erste Überwachungsschaltung 22 ist
zur Überwachung
des durch Stromfluß in der
Senderschaltung 14 erzeugten Spannungsabfalls an die Senderschaltung 14 gekoppelt.
Die zweite Überwachungsschaltung 24 wird
von der ersten Überwachungsschaltung 22 getrieben
und ist an die Empfängerschaltung 16 und
die Spannungs-Begrenzerschaltung 20 gekoppelt. Die zweite Überwachungsschaltung 24 überwacht
mit der ersten Überwachungsschaltung 22 in
Zusammenhang stehende Fehler und überwacht außerdem mit der Spannungsbegrenzerschaltung 20 zusammenhängende Fehler, indem
sie das von der Empfängerschaltung 16 erzeugte
Ausgabesignal überwacht.
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Die
Spannungs-Begrenzerschaltung 20 reagiert direkt auf die
zweite Überwachungsschaltung 24 und
reagiert indirekt auf die erste Überwachungsschaltung 22.
Spannungs-Begrenzerschaltung 20 begrenzt
den Betriebsspannungsbereich auf einen eine obere Grenze und eine
untere Grenze aufweisenden Spannungsbereich. Der Sensor 12 arbeitet typischerweise
in einem Spitzenspannungsbereich, z.B. 0–5 V Gleichstrom. Die Spannungs-Begrenzerschaltung 20 schließt Impedanzelemente
zur Modifikation des Sensors 12 ein, um ein Signal in einem vorherbestimmten
Spannungsbereich innerhalb des typischen oder Spitzenspannungsbereichs
auszugeben. Die obere Grenze des typischen Betriebsbereichs wird
um einen vorherbestimmten Betrag, z.B. 0,25 V Gleichstrom, abgesenkt;
während
die untere Grenze um einen vorherbestimmten Betrag, z.B. 0,25 V
Gleichstrom, angehoben wird; so daß der Betriebsbereich nun 0,25–4,75 V
Gleichstrom beträgt.
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Spannungsbegrenzerschaltung 20 beschränkt außerdem das
Ausgabesignal beim Schwingen innerhalb einer Mittel-Fehlerzone,
z.B. 0,75–4,0
V Gleichstrom, die innerhalb des Spannungsbereichs definiert ist.
Tritt ein Fehler auf, so wird Spannungsbegrenzerschaltung 20 das
Ausgabesignal dazu bringen nicht nur außerhalb des Spannungsbereichs
zu schwingen, sondern auch für
mehr als eine vorherbestimmte Zeitspanne, z.B. 100 ms, innerhalb
des Mittel-Fehlerbereichs.
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Folglich
stellt Spannungsbegrenzerschaltung 20 sicher, daß eine Ausgabe
kleiner als 0,25 V Gleichstrom oder größer als 4,75 V Gleichstrom
während
normalem Betrieb und in Abwesenheit von Fehlern nicht als die Ausgabespannung
geliefert wird. Ebenso wird zwischen 0,75–4,0 V Gleichstrom kein Signal
für mehr
als 100 ms erzeugt. Es ist nun möglich
Fehler mit dem Sensor 12 zu detektieren, wenn von dem System 10 der
vorliegenden Erfindung eine Spannung kleiner als 0,25 V Gleichstrom
oder größer als
4,5 V Gleichstrom, oder zwischen 0,75–4,0 V Gleichstrom für mehr als
100 ms bereitgestellt wird.
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Indem
man das von Senderschaltung 14 erzeugte Erregungssignal
jeweils über
die ersten und zweiten Überwachungsschaltungen 22, 24 an
die Empfängerschaltung 16 bindet,
kann der Sensor 12 vollständig überwacht werden. Weiterhin
können
die zusätzlichen
Komponenten der Überwachungsschaltungen 22, 24 selbst
durch das System 10 über
die Spannungsbegrenzerschaltung 20 überwacht werden, wie unten
genauer beschrieben wird.
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Das
System 10 der vorliegenden Erfindung wird in größerem Detail
in Verbindung mit dem schematischen Diagramm von 2 beschrieben
werden. Der in 2 abgebildete, selbsterregende Sensor 12 ist
ein optisch gekoppelter Sensor; wie etwa ein Relativstellungs-Sensor,
in welchem die Ausgabe an eine elektronische Regeleinheit (ECU, Electronic
Control Unit; elektronische Regeleineheit) angeschlossen ist. Die
vorliegende Erfindung kann jedoch in Verbindung mit irgendeinem
anderen selbsterregenden Sensor benutzt werden, wie zum Beispiel
einem magnetisch gekoppelten oder einem schallgekoppelten Sensor.
Die Senderschaltung 14 des Sensors 12 schließt zwei
optische Sender D9, D 10 ein, wie zum Beispiel etwa Licht emittierende
Dioden (LEDs), um Licht auszusenden. Die Empfängerschaltung 16 schließt einen
entsprechenden Empfänger
U16 ein, in 2 als ein Schalter 2 dargestellt,
um das ausgesandte Licht zu empfangen. Obwohl nur ein Empfänger 16 gezeigt
ist, schließt
der in 2 gezeigte Sensor 12 einen zweiten Empfänger ein,
so daß es
für jeden
optischen Sender D9, D10 einen Empfänger gibt.
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Der
Relativstellungs-Sensor ist typischerweise in Nähe zu einem Erregerring (nicht
gezeigt) positioniert, der mehrere Löcher (oder Fenster) darin aufweist,
die vorherbestimmte Winkel repräsentieren. Somit
sendet der Sensor 12 zum Empfang durch die gegenüberliegenden optischen Empfänger U16 über die
LEDs D9, D10 Licht durch die Löcher
des Erregerrings. Die Ausgabespannung ändert sich dann hinsichtlich
der Position der Löcher,
und wird von ECU 26 empfangen.
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ECU 26 schließt die Stromversorgung
Vcc für
die Empfängerschaltung 16 ein,
welche typischerweise 4,75–5,25
V Gleichspannung beträgt.
ECU 26 schließt
außerdem
einen Analog-Digitalwandler 28 (A/D-Wandler)
ein, um die analoge Ausgabe der Empfängerschaltung 16 in
ein Digitalsignal zur Verarbeitung durch ECU 26 umzuwandeln.
Empfängerschaltung 26 schließt Ausgangsanschlüsse 30, 32 ein,
wobei Anschluß 32 an
Vcc angeschlossen ist und Anschluß 32 an Masse angeschlossen
ist.
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Typischerweise
würde die
Ausgabespannung für
Empfängerschaltung 16 vom
Masseniveau oder 0 V Gleichspannung bis zur Spitzenbetriebsspannung
Vcc reichen. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 20 begrenzt
den Betriebsbereich – wie oben
beschrieben – auf
0,25 V Gleichstrom – 4,75
V Gleichstrom. Dies wird über 3 Impedanzelemente
erreicht.
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Das
erste Impedanzelement schließt
einen Widerstand R3 ein, welcher eine Spannungsteiler schafft, der
eine ausreichende Impedanz besitzt um Ausgabeanschluß 30 hochzuziehen,
wenn Schalter U16 kein Signal von Sender D9 oder D10 empfängt. Widerstand
R3, bevorzugt 1 kOhm, ist zwischen Vcc und Ausgabeanschluß 30 angeschlossen.
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Die
zweiten und dritten Impedanzelemente wirken in Verbindung mit Widerstand
R3 als ein Spannungsteiler. Das zweite Impedanzelement schließt einen
Widerstand R20 ein, der eine bedeutend größere Impedanz besitzt als das
dritte Impedanzelement und der Widerstand R3, so daß ein Hauptteil
des Stroms durch Widerstand R20 fließt, wenn Schalter U16 geöffnet ist
und kein Signal von Sender D9 oder D10 empfängt. Widerstand 20,
vorzugsweise 7,4 kOhm, ist mit Widerstand R3 zwischen Signal-Ausgabeanschluß 30 und
die zweite Überwachungsschaltung 24,
oder Transistor M5, in Reihe geschaltet.
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Das
dritte Impedanzelement schließt
zwei Widerstände
R50, R22 ein, jeder vorzugsweise 282 Ohm, die als ein Zweipolersatzwiderstand-Spannungsteilerelement
wirken, welches das niedrige Niveau der normalen Betriebsspannung über das
Masseniveau hochzieht. Die Impedanz der Widerstände R50, R22 ist derart bedeutend
kleiner, daß ein
Spannungsteiler geschaffen wird, welcher das Signal um einen kleinen
Betrag von Masse hochzieht, wenn der Strom durch Schalter U16 fließt, wenn
Schalter U16 geschlossen ist und von Sender D9 oder D10 ein Signal
empfängt.
Die Widerstände
R50, R22 sind parallel zueinander und parallel zu Widerstand R20
zwischen Signal-Ausgabeanschluß 30 und
Schalter U16 angeschlossen.
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Somit
schafft Spannungsbegrenzungsschaltung 20 eine hohe Fehlerzone
A und eine niedrige Fehlerzone B, wie in 3 gezeigt
ist. Das Ausgabesignal von dem Sensor 12 ist ein Puls der
sich während
normalem Betrieb zwischen Fehlerzonen A und B hoch und niedrig wiederholt
oder oszilliert. Weist das Signal ein Spannungsniveau innerhalb
von Fehlerzone A oder B auf, was anzeigt das ein Fehler aufgetreten
ist, so kann ECU 26 dementsprechend reagieren.
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Spannungsbegrenzerschaltung 20 schafft außerdem eine
Mittel-Fehlerzone C. Weist das Ausgabesignal für mehr als eine vorherbestimmte
Zeitdauer t2-t1, z.B. 100 ms, ein Spannungsniveau innerhalb der
Mittel-Fehlerzone C auf, so wird die ECU 26 einen Fehler
detektieren und dementsprechend reagieren. Die Anforderung daß das Ausgabesignal
für mehr
als eine vorherbestimmte Zeit innerhalb einer Mittel-Fehlerzone
C liegt, herrscht um Spannungsspitzen oder Streuung der Komponenten
des Sensors 12 und des Systems 10 Rechnung zu
tragen.
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Fehler
mit dem Sensor 12 und dem System 10 selbst werden über die
erste Überwachungsschaltung 22 und
die zweite Überwachungsschaltung 24 detektiert.
Die erste Überwachungsschaltung 22 schließt einen
Transistor, M6, und Impedanzelemente R49, R51, ein. Transistor M6
ist vorzugsweise ein MOSFET, z.B. IDF150, oder kann alternativ ein
Bipolartransistor sein. M6 ist parallel zu einem Stromtreibertransistor
Q7 für
Dioden D9, D10, und den Dioden D9, D10, selbst angeschlossen, welche
in Reihe geschaltet sind. Der von dem Zweipolersatzwiderstand der
Dioden D9, D10 und dem Stromtreibertransistor Q7 geschaffene Spannungsabfall
wird mit Impedanzelementen R49, R50 gegen Masse versetzt, so daß bei M6
eine vorwärts
gerichtete Potentialvorspannung besteht. Somit wird dieser Versatz
benutzt um Transistor M6 während
normalem Betrieb zur Überwachung
eines Spannungsunterschieds über
die Senderschaltung 14 hinweg auf einen Zustand „EIN" hin vorzuspannen;
und auf einen Zustand „AUS" hin, wenn der Spannungsunterschied
nich in einen vorherbestimmten Betrag fällt. Zwei Impedanzelemente R49,
R51 werden benötigt,
so daß die
Strombegrenzungsfunktion eines Widerstandselements den Sender D9,
D10 schützen
wird.
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Stromausfall
und mit dem Strom zusammenhängende
Schaltkreisfehler werden durch Hardware-Anschluß des Transistors M6 an die
zweite Überwachungsschaltung 24 detektiert,
welche vorzugsweise ein Transistor ähnlich M6 ist. Transistor M5
wird durch Transistor M6 so getrieben, daß Transistor M5 „AUS" geschaltet wird,
wenn Transistor M6 „AUS" geschaltet ist (d.h.
einen Spannungsunterschied außerhalb
des vorherbestimmten, einen Fehler anzeigenden Fensters wahrnimmt).
Ist Transistor M5 „AUS" geschaltet, so wird
die Signalausgabe – abhängig vom
Zustand des Sensors 12 – entweder zur oberen Fehlerzone
A oder zu der unteren Fehlerzone B gezogen.
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Die
Widerstände
R22, R50, R20 bringen die Signalpegel außerdem dazu in die niedrige
Fehlerzone B herabgezogen zu werden, wenn in irgend einem der Kabel
ein Kurzschlußfehler besteht.
Im Gegensatz dazu bringt Widerstand R3 den Signalpedel dazu ind
die hohe Fehlerzone A hinaufgezogen zu werden, wenn in irgendeinem
der Kabel ein Stromkreisunterbrechungsfehler besteht.
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Es
wird nun der Betrieb des Systems 10 der vorliegenden Erfindung
beschrieben werden. Während
normalem Betrieb, wenn es keine Fehler gibt, und wenn Sendeschaltung 14 ein
Signal sendet und Schalter U16 geöffnet ist (es wird kein Licht
empfangen), liegt das Ausgabesignal an Anschluß 30 bei einem durch
die Widerstände
R3 und R20 geteilten Spannungsniveau von ungefähr 4,5 V Gleichstrom, weil
durch die Widerstände
R50 und R22 kein Strom fließt.
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Ähnlich liegt
das Ausgabesignal an Anschluß 30 bei
einem im Wesentlichen durch R3, R22 und R50 geteilten Spannungsniveau,
z.B. 0,5 V Gleichstrom, wenn Sendeschaltung 14 ein Signal
sendet und Schalter U16 geschlossen ist (es wird Licht empfangen),
weil R20 so groß ist
und R22, R50 so klein sind.
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Wenn
die Senderschaltung 14 einen offenen Stromkreis in der
Batterieumpolschutz-Diode D7, Stromtreiber Q7, oder den Sendern
D9 oder D10 aufweist, schaltet sich Sender M6 AUS, weil es keine vorwärts gerichtete
Vorspannung gibt, was darin resultiert daß Transistor M5 AUS schaltet
und einen offenen Stromkreis in Empfängerschaltung 16 schafft. Weil
kein Licht übermittelt
wird ist auch Schalter U16 geöffnet.
Folglich ist die Spannung bei Ausgabeanschluß 30 gleich Vcc, welche
in der hohen Fehlerzone A liegt.
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Ähnlich wird
Transistor M6 AUS schalten, was Transistor M5 dazu bringt AUS zu
schalten, wenn irgendeine der anderen Komponenten, IGN (oder Vbat),
Umpolschutz-Diode D7, Widerstand R39, oder Zener Diode D8 einen
offenen Stromkreis haben oder kurzgeschlossen sind. Versagt einer
der Widerstände
R49, R51 (beide Widerstände
fallen wahrscheinlich nie gleichzeitig aus), so wird der Fehler
einen von Q7, D9 und D10 dazu bringen schließlich den Stromkreis zu öffnen, was
dann M6 und M5 AUS schalten wird.
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Arbeitet
die Senderschaltung 14 richtig, aber es liegt bei Vcc oder
R3 ein offener Stromkreis vor oder ein Kurzschluß bei Vcc, so ist die Spannung
bei Ausgabeanschluß 30 gleich
Masse, was innerhalb der unteren Fehlerzone B liegt.
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Arbeitet
die Senderschaltung 14 richtig, aber es liegt bei R20 ein
offener Stromkreis vor, so wird das Ausgabesignal auf Vcc hochgezogen,
wenn Schalter U16 geöffnet
ist. Ist der Schalter U16 geschlossen, so wird die Spannung am Ausgabeanschluss
zwischen R3, R22, R50 aufgeteilt, was in einem Spannungsniveau innerhalb
der mittleren Fehlerzone C resultiert. Dieses Ausgabesignal muß für mehr als
eine vorherbestimmte Zeitdauer in dieser Zone bleiben, damit die
ECU 26 einen Fehler detektiert; sonst könnte der Widerstand R20 einfach
streuen. Nimmt man erneut an daß die
Senderschaltung 14 richtig arbeitet, wird das Ausgabesignal
auf Masse herabgezogen, wenn R20 kurzschließt und Schalter U16 geschlossen
ist. Andererseits wird die Spannung zwischen R3 und R20 und einem
von R22 oder R50 aufgeteilt werden, wenn R22 oder R50 den Stromkreis öffnen und
der Schalter U16 geschlossen ist; was in den mittleren Fehlerbereich
C fällt.
Schließen
R22 oder R50 kurz, während
der Schalter U16 geschlossen ist, so wird die Ausgabespannung auf Masse
herabgezogen.
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Das Überwachungssystem
der vorliegenden Erfindung bindet den Erregungsstatus eines selbsterregenden
Sensors an die Ausgabe des Sensors, so daß ein Versagen des Sensors
selbst detektiert werden kann, indem man die Ausgabespannung des Sensors überwacht.
Weiterhin ist die Spannungsbegrenzerschaltung der vorliegenden Erfindung
in der Lage Schlummermodus-Fehler
zu detektieren, d.h. Fehler im Überwachungssystem
selbst. Die zusätzlichen
Kosten und erhöhte
Verläßlichkeit
aufgrund zusätzlicher
Sensorhardware wird somit erheblich gesenkt.